JP2008014375A - スイング式油圧ショベルの旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】側溝掘り作業を行う際に、掘削反力によって上部旋回体が回されるのを防ぐことが出来るスイング式油圧ショベルの旋回制御装置を提供する。
【解決手段】
方向切換弁７と旋回モータ２を接続するアクチュエータ回路３０に設けられた１対のオーバーロードリリーフ弁３，４のうちの少なくとも右旋回時に旋回保持圧を発生する側に設けられたオーバーロードリリーフ弁３を可変リリーフ弁として構成するとともに、作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷを検出する角度センサ１１と、作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷに応じてオーバーロードリリーフ弁３のリリーフ設定圧Ｐを制御する比例電磁減圧弁５及びコントローラ１２を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械の旋回制御装置に係わり、特に上記旋回体の前部に左右方向にスイング可能に設けられたスイング式の作業機を備えたスイング式油圧ショベルの旋回制御装置に関する。

スイング式油圧ショベルは、下部走行体と上部旋回体を備え、上記旋回体の前部にスイングポストを介して作業機が取り付けられ、旋回体とスイングポストの間に配設されたスイングシリンダを伸縮させることで作業機を左右方向にスイング可能としている（特許文献１）。

また、非スイング式の油圧ショベルも含め、油圧ショベルの油圧駆動回路の旋回セクションには回路保護等の目的のためオーバーロードリリーフ弁が設けられている。このオーバーロードリリーフ弁の設定圧は一般には固定である。このような油圧ショベルの旋回セクションに対し、特許文献２には、旋回セクションのオーバーロードリリーフ弁として可変リリーフ弁を用いた技術が記載されている。この技術は、旋回操作から停止操作に切替えられたことを検出した場合にリリーフ圧を増大させて、旋回ブレーキ力を増加することにより、旋回力を増加させることなく、旋回停止時の上部旋回体の旋回流れ量を小さくするものである。

特開平１１−１０７３２３号公報 特開２００４−４４３０９号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。

特許文献１に記載のようにスイング式油圧ショベルでは、上部旋回体を右方向へ所定の角度だけ回転させた状態で、作業機をそれと逆方向にスイングさせることによって、作業機を上部旋回体の旋回中心に対してオフセットさせた状態で位置決めし、この状態で掘削作業を行うことにより、いわゆる側溝掘り作業を行うことができる。

このようにスイング式油圧ショベルで側溝掘り作業を行うとき、作業機が旋回中心に対してオフセットした位置にあるため、作業機に働く掘削反力によって上部旋回体に旋回モーメントが働く。通常、この旋回モーメントは、旋回セクションに設けられた前述のオーバーロードリリーフ弁の保持圧によって支えられている。しかし、この旋回モーメントが大きくなり、オーバーロードリリーフ弁の設定圧に達すると、下部走行体に対して上部旋回体が回されてしまい、意図した方向に真っ直ぐ側溝を掘ることが出来なくなる。

また、上記特許文献１に記載のスイング式油圧ショベルに特許文献２記載の旋回制御装置を用いたとしても、特許文献２記載の旋回制御装置は旋回停止時に旋回ブレーキ力を増大させ、上部旋回体の旋回流れ量を小さくするものであり、上記のような側溝掘り作業での問題を解決することは出来ない。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力によって上部旋回体が回されるのを防ぐことが出来るスイング式油圧ショベルの旋回制御装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体の前部にスイングポストを介して左右方向にスイング可能に連結された作業フロントと、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記上部旋回体を旋回させる旋回モータと、前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、前記方向切換弁と前記旋回モータを接続するアクチュエータ回路に設けられた１対のオーバーロードリリーフ弁と、前記方向切換弁を切換え操作し、前記上部旋回体を操作する操作手段とを備えたスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、前記１対のオーバーロードリリーフ弁のうちの少なくとも右旋回時に旋回保持圧を発生する側に設けられたオーバーロードリリーフ弁を可変リリーフ弁として構成するとともに、前記作業フロントのスイング角度を検出する第１角度検出手段と、前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度に応じて、可変リリーフ弁として構成された前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を制御する旋回リリーフ圧制御手段とを備えるものとする。

本発明は、以上のように構成することにより、作業フロントのスイング角度に応じて１対のオーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を制御することができるので、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力によって上部旋回体が回されることを防止することができ、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記上部旋回体の旋回角度を検出する第２角度検出手段を更に備え、前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度と、前記第２角度検出手段により検出された前記上部旋回体の旋回角度との角度差が設定値以上になると、前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除するものとする。

これにより、側溝掘りを行うときは、掘削反力によって上部旋回体が回されることを防止することができるとともに、作業フロントがスイングした状態であっても、側溝掘り作業以外の作業では、オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧が高くなることはないので、オーバーロードリリーフ弁の本来の機能を果たすことができ、高圧による機器の損傷を防止することができる。

（３）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記上部旋回体の旋回操作を検出する操作検出手段を更に備え、前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記操作検出手段が前記旋回操作を検出しているときは、前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除するものとする。

これにより、側溝掘りを行うときは、掘削反力によって上部旋回体が回されることを防止することができるとともに、作業フロントが側溝掘りを行う姿勢にあるときであっても上部旋回体が旋回を行うときはオーバーロードリリーフ弁は本来の機能を果たすことができ、高圧による機器の損傷を防止することができる。

（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記オーバーロードリリーフ弁は、リリーフ設定圧の初期値を設定するバネとリリーフ設定圧を可変とする受圧室を有し、前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度に応じた制御電流を出力するコントローラと、前記制御電流に応じて作動し、前記オーバーロードリリーフ弁の受圧室に制御圧力を出力する比例電磁減圧弁とを有するものとする。

（５）更に、上記（１）において、好ましくは、前記旋回リリーフ制御手段は、側溝掘り作業における所望の最大掘削反力に対応した旋回保持圧が前記リリーフ設定圧の初期値よりも低いスイング角度範囲では前記リリーフ設定圧がその初期値に一致し、前記旋回保持圧が前記リリーフ設定圧の初期値よりも高いスイング角度範囲になると、前記リリーフ設定圧が前記旋回保持圧に一致するようオーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を制御するものとする。

これにより、側溝掘りを行うときは、掘削反力によって上部旋回体が回されることを防止することができるとともに、オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧が必要以上に高くならないので、オーバーロードリリーフ弁の安全手段としての機能を損なうことなく、そのような効果を得ることが出来る。

本発明によれば、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力によって上部旋回体が回されることを防止することができ、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。また、オーバーロードリリーフ弁の本来の機能を損なわずに、そのような効果を得ることができる。

また、本発明によれば、第１角度検出手段に加え第２角度検出手段を備え、作業フロントのスイング角度と、上部旋回体の旋回角度との角度差が設定値以上になると、オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除するので、側溝掘りを行わないときには、オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧が高くなることはなく、高圧に対する旋回アクチュエータ回路の保護という本来の機能を果たし、高圧による機器の損傷を防止することができる。

更に、本発明によれば、操作検出手段が旋回操作を検出しているときは、オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除するので、上部旋回体が旋回しているときには、オーバーロードリリーフ弁の本来の機能を果たすことができ、高圧による機器の損傷を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図１０を参照しつつ以下に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。

図１において、スイング式油圧ショベルは、下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に設けられた上部旋回体１０２と、この上部旋回体１０２の前部にスイングポスト１０３を介して上下及び左右方向に回動可能に連結された作業フロント１０４とを備えている。

下部走行体１０１にはブレード１０６が備えられており、このブレード１０６は図示しないブレードシリンダにより昇降される。

上部旋回体１０２は、旋回台１０７と、この旋回台１０７上に設けられた運転室部分１０８とを備えており、運転室部分１０８には、運転席１０８ａと、運転席１０８ａの左右コンソールの前部に設けられた操作レバー装置６，２６（一方のみ図示）と、運転席１０８ａの前方の床部に設けられたスイングペダル１０８ｂとが備えられている。上部旋回体１０２は、旋回モータ２により下部走行体１０１に対して、左右方向に旋回駆動される。

スイングポスト１０３は、上部旋回体１０２の前部に左右方向に回動可能に連結されており、このスイングポスト１０３をスイングシリンダ１１９によって左右方向に回動駆動することで作業フロント１０４が左右方向にスイングされる。

作業フロント１０４は、基端をスイングポスト１０３に上下方向に回動可能に連結したブーム１１８と、基端をブーム１１８の先端に上下方向に回動可能に連結したアーム１１２と、アーム１１２の先端に上下及び前後方向に回動可能に連結されたバケット１１３とを備えており、これらは、ブームシリンダ１１５、アームシリンダ１１６及びバケットシリンダ１１７により回動駆動される。

図２は、上記油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータ２に係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図である。

図２において、この油圧駆動システムは、図示しない原動機によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１から旋回モータ２に供給される圧油の流れを制御する方向切換弁７とを備え、旋回モータ２は、油圧ポンプ１から吐出される圧油により駆動され、上部旋回体１０２を旋回させる。方向切換弁７は油圧パイロット切換え方式であり、操作レバー装置６により生成されたパイロット圧により切換え操作される。方向切換弁７と旋回モータ２との間には旋回アクチュエータ回路３０があり、旋回アクチュエータ回路３０には、方向切換弁７と旋回モータ２を接続する１対のアクチュエータライン３０ａ，３０ｂと、アクチュエータライン３０ａ，３０ｂ間に設けられ、旋回モータ２の駆動圧及び背圧の上限を規制する１対のオーバーロードリリーフ弁３，４及び旋回アクチュエータ回路３０に圧油を補給してキャビテーションを防止する１対のチェックバルブ８，９とが備えられている。油圧ポンプ１の出油ラインには、油圧回路の元圧を規定するメインリリーフ弁１０が設けられている。

本実施の形態に係わる旋回制御装置は、上記のようなスイング式油圧ショベルにおける側溝掘り作業時の旋回保持圧を制御するものであり、オーバーロードリリーフ弁３，４は可変リリーフ弁として構成され、そのリリーフ圧設定手段として、バネ３ａ，４ａに加え受圧室３ｂ，４ｂを有している。また、旋回制御装置は、作業フロント１０４のスイング角度を検出する角度センサ１１（第１角度検出手段）と、角度センサ１１からの検出信号を入力し、作業フロント１０４のスイング角度に応じた制御電流Ｉ_Ｃを出力するコントローラ１２と、制御電流Ｉ_Ｃに応じて作動し、オーバーロードリリーフ弁３，４の受圧室３ｂ，４ｂに制御圧Ｐ_Ｃを出力する比例電磁減圧弁５とを備えている。

図３は、コントローラ１２の処理内容を示すフローチャートである。

コントローラ１２は、まず、角度センサ１１（第１角度検出手段）により検出した作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷを読み込む（ステップ１００）。

次いで、そのスイング角度θ_ＳＷを予め設定したリリーフ設定圧補正値マップ（図４）に参照して、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍを計算する（ステップ２００）。

次に、そのリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍと予め設定したリリーフ弁制御圧マップ（図９）及び制御電流マップ（図１０）とに基づいて、リリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍに対応する制御電流Ｉ_Ｃを計算し、この制御電流Ｉ_Ｃを比例電磁減圧弁５に出力する（ステップ３００）。

図４は、ステップ２００の処理で用いるリリーフ設定圧補正値マップにおけるスイング角度θ_ＳＷとリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍとの関係を示す図である。リリーフ設定圧補正値マップにおけるスイング角度θ_ＳＷとリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍとの関係は、図４に実線Ｗで示すように、スイング角度θ_ＳＷが０°〜θ_aの範囲にあるときは、リリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍは０であり、スイング角度θ_ＳＷが所定値θ_aを越えると、スイング角度θ_ＳＷが大きくなるに従ってリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍは増加し、スイング角度θ_ＳＷがθ_ｍａｘに達すると、リリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍは最大の値θ_ｍａｘとなるように設定されている。θ_aは例えば４０°である。

図４に示したリリーフ設定圧補正値マップの詳細を図５〜図７を用いて説明する。

図５は、スイング式油圧ショベルにより側溝掘りを行なうときのスイング角度θ_ＳＷと旋回角度θ_ＳＥとの関係を示す図である。この図において、スイング式油圧ショベルは上方から見ており、図中、図１に示した部材と同等の部材には同じ符号を付している。

図５において、Ａは、スイングポスト１０３の回転中心Ｏ_１を通り上部旋回体１０２の前後方向に伸びる直線であり、Ｂは、作業フロント１０４の長手方向の中心線であり、Ｃは、上部旋回体１０２の回転中心Ｏ_２を通り下部走行体１０１の前後方向に伸びる直線（下部走行体１０１の前後方向の中心線）であり、Ｄは、上部旋回体１０２の回転中心Ｏ_２を通り上部旋回体１０２の前後方向に伸びる直線である。

スイング角度θ_ＳＷは直線Ａと直線Ｂのなす角度として表される。θ_ＳＥは旋回角であり、直線Ｃと直線Ｄのなす角度で表される。

側溝掘りを行うときは、図５に示すように上部旋回体１０２を右方向（又は左方向）へθ_ＳＥだけ回転させ、作業フロント１０４をそれと逆方向にθ_ＳＷだけスイングさせ、作業フロント１０４を下部走行体１０１の前後方向の中心線Ｃに対して平行を保ったまま距離Ｌだけオフセットさせた状態にする（θ_ＳＷ＝θ_ＳＥ）。

このような状態で側溝掘りを行うとき、作業フロント１０４の長手方向が上部旋回体１０２の回転中心Ｏ_２に対してずれた位置にあるため、作業フロント１０４の掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２に左回りの旋回モーメントＭが働く。この旋回モーメントＭは、
Ｍ＝Ｆ×Ｌ・・・（１）
で表される。Ｌは上記のオフセット距離であり、このオフセット距離Ｌは上部旋回体１０２の回転中心Ｏ_２とスイングポスト１０３の中心Ｏ_１との間の距離をｒとし、初期オフセット角度（直線Ａの延長線と中心Ｏ_１，Ｏ_２を結ぶ直線とのなす角度）をθ_０すると、
Ｌ＝ｒ×ｓｉｎ（θ_ＳＥ＋θ_０）＝ｒ×ｓｉｎ（θ_ＳＷ＋θ_０）・・・（２）
で表される。従って、旋回モーメントＭは以下の式で表される。
Ｍ＝Ｆ×ｒ×ｓｉｎ（θ_ＳＷ＋θ_０）・・・（３）
図６は、上記（３）式による旋回モーメントＭとスイング角度θ_ＳＷの関係を示す図である。側溝掘りを行うときの掘削反力Ｆが一定であると仮定すると、この図に示すように、スイング角度θ_ＳＷが０°のときは、旋回モーメントＭは初期オフセット角度θ_０に対応した最小の値Ｍ_ｍｉｎ（＝Ｆ×ｒ×ｓｉｎθ_０）であり、スイング角度θ_ＳＷが大きくなるに従って旋回モーメントＭは上記（３）式で示されるサインカーブに沿って増加し、スイング角度θ_ＳＷがθ_ｍａｘに達すると、旋回モーメントＭは最大の値Ｍ_ｍａｘ（＝Ｆ×ｒ×ｓｉｎθ_ｍａｘ）となる。

図７は、上部旋回体１０２を右方向に旋回させて側溝掘りを行うときのスイング角度θ_ＳＷとオーバーロードリリーフ弁３によって発生する旋回アクチュエータ回路３０の保持圧（旋回保持圧）Ｐ_Ｓとの関係を示す図であって、一定の掘削反力Ｆを所望の最大掘削力（設計値）に設定した場合のものである。図中、Ｐ_ｓｅｔ０はオーバーロードリリーフ弁３，４のバネ３ａ，４ａによるリリーフ設定圧（リリーフ設定圧の初期値）である。

側溝掘りにより上部旋回体１０２に左回りの旋回モーメントＭが作用すると旋回アクチュエータ回路３０には、オーバーロードリリーフ弁３によってその旋回モーメントＭに対応した保持圧（旋回保持圧）Ｐ_Ｓが発生する。この旋回保持圧Ｐ_Ｓは旋回モーメントＭと１次比例の関係にあり、スイング角度θ_ＳＷの変化に対して旋回モーメントＭと同様に変化する。すなわち、スイング角度θ_ＳＷが増加すると、旋回保持圧Ｐ_Ｓは旋回モーメントＭ（＝Ｆ×ｒ×ｓｉｎ（θ_ＳＷ＋θ_０））に対応したサインカーブに従って増加する。Ｐ_ＳｍｉｎはＭ_ｍｉｎに対応する旋回保持圧の最小値であり、Ｐ_ＳｍａｘはＭ_ｍａｘに対応する旋回保持圧Ｐ_Ｓの最大値である。図４に示したリリーフ設定圧補正値マップは、旋回保持圧がオーバーロードリリーフ弁３の初期値Ｐ_ｓｅｔ０を越えた範囲（Ｐ_Ｓ≧Ｐ_ｓｅｔ０）における旋回保持圧の変化に対応するものである。

図８は、スイング角度θ_ＳＷとオーバーロードリリーフ弁３のリリーフ設定圧Ｐの関係を示す図である。この図は、図４に示したリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍとスイング角度θ_ＳＷとの関係に従ってオーバーロードリリーフ弁３の設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０に補正を加えた結果である。この図に示すように、スイング角度θ_ＳＷが０°〜θ_ａの範囲にあるときは、リリーフ設定圧ＰはＰ_ｓｅｔ０であり、スイング角度θ_ＳＷがθ_ａを超えると、スイング角度θ_ＳＷが大きくなるに従ってリリーフ設定圧Ｐは図４の関係に対応したサインカーブに従って増加し、スイング角度θ_ＳＷがθ_ｍａｘに達すると、リリーフ設定圧ＰはＰ_ｍａｘとなる。

ステップ３００の処理に用いるリリーフ弁制御圧マップ及び制御電流マップの設定内容について図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、オーバーロードリリーフ弁３の受圧部３ａに作用するリリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃとリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍとの関係を示す図である。リリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃが０のときは、リリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍは最小の値０であり、リリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃの増加に比例してリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍも増加し、リリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃが最大値のＰ_Ｃｍａｘに達するとリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍはＰ_ｍｍａｘとなる。ステップ３００の処理に用いるリリーフ弁制御圧マップは、この図９に示した関数の逆関数である。

図１０は、比例電磁減圧弁５に作用する制御電流Ｉ_Ｃと比例電磁減圧弁５の出力圧であるリリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃとの関係を示す図である。制御電流Ｉ_Ｃが０〜Ｉ_Ｃ０の範囲にあるときは、リリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃは０であり、制御電流Ｉ_ＣがＩ_Ｃ１を超えると、制御電流Ｉ_Ｃの増加に比例してリリーフ弁制御圧Ｐ_Ｃも増加し、制御電流Ｉ_ＣがＩ_Ｃｍａｘに達すると、リリーフ弁制御圧Ｐ_ＣはＰ_Ｃｍａｘとなる。ステップ３００の処理に用いる制御電流マップは、この図１０に示した関数の逆関数である。

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。

通常、側溝掘り作業は、図５に示したように上部旋回体１０２を右方向へθ_ＳＥだけ回転させ、作業フロント１０４をそれと逆方向（左方向）に同じ角度だけスイングさせ、作業フロント１０４を下部走行体１０１の前後方向の中心線Ｃに対して平行を保ったまま距離Ｌだけオフセットさせた状態で行う。

このような側溝掘り作業で作業フロント１０４を左方向にスイングさせたとき、もしそのスイング角度θ_ＳＷが４０°以上であるとすると、コントローラ１２においては、図３に示したステップ２００において、図４に示したリリーフ設定圧補正値マップからそのときのスイング角度θ_ＳＷに応じたリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍが計算され、同ステップ３００においてそのリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍに対応する制御電流Ｉ_Ｃが計算され、その制御電流Ｉ_Ｃが比例電磁減圧弁５に出力される。これにより比例電磁減圧弁５からはその制御電流Ｉ_Ｃに応じた制御圧（リリーフ弁制御圧）Ｐ_Ｃが出力され、オーバーロードリリーフ弁３，４にはその制御圧Ｐ_Ｃに応じたリリーフ圧（リリーフ設定圧）Ｐが設定される。このリリーフ設定圧Ｐは、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりもステップ２００で計算されたリリーフ設定圧値補正値Ｐ_ｍ分だけ高い圧力である。

このような状態で作業フロント１０４を操作して側溝掘りを行うとき、掘削力は地盤の固さに応じて変化し、それに応じて掘削反力Ｆにより生じる先回モーメントＭも変化するため、オーバーロードリリーフ弁３によって発生する旋回保持圧Ｐ_Ｓもその旋回モーメントＭに応じて変化する。

ここで、前述したように、旋回角度が４０°以上となる側溝掘りでは、旋回保持圧Ｐ_Ｓがリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりも大きくなる場合がある。このような場合、従来の旋回油圧回路ではオーバーロードリリーフ弁の設定が固定であるため、そのリリーフ弁の設定圧（オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０に相当）よりも高い保持圧を発生することはできず、掘削反力Ｆにより生じる先回モーメントＭにより旋回モータ２が回され、上部旋回体１０２が回転してしまう結果、側溝を真っ直ぐに掘ることができなくなる。これに対し、本実施の形態では、上記のようにオーバーロードリリーフ弁３のリリーフ設定圧Ｐはリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりもリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍ分だけ高い圧力となるので、掘削力が所望の最大掘削力（設計値）以下である限り、旋回保持圧Ｐ_Ｓがオーバーロードリリーフ弁３のリリーフ設定圧Ｐより高くなることはなく、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることはなく、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。

また、頻度は少ないが、上部旋回体１０２を左方向に旋回させ、作業フロント１０４を右方向にスイングさせて側溝掘りを行う場合もある。この場合においても、上記の場合と同様に、オーバーロードリリーフ弁４のリリーフ設定圧Ｐはリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりもリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍ分だけ高い圧力となり、掘削力が所望の最大掘削力（設計値）以下である限り、旋回保持圧Ｐ_Ｓがオーバーロードリリーフ弁４のリリーフ設定圧Ｐより高くなることはなく、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることはなく、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。

一方、オーバーロードリリーフ弁３，４は、本来、高圧に対する旋回アクチュエータ回路３０の保護のために設けられるものであり、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧Ｐをむやみに高くすることはできない。本実施の形態では、リリーフ設定圧補正値マップに図４に示したような所望の最大掘削力に対応する特性を設定し、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧Ｐは必要以上に高くならないようにしているので、オーバーロードリリーフ弁３，４の安全手段としての機能を損なうことが無く、高圧による機器の損傷も防止することができる。

なお、本実施の形態では、右旋回時（左スイング時）と左旋回時（右スイング時）で図４に実線Ｗで示す同じ特性のリリーフ設定圧補正値マップを用いたが、スイングポスト１０３に初期オフセット角度θ_０があることを考慮し、左旋回時のリリーフ設定圧補正値マップの特性を図４に一点鎖線Ｙで示すように、右旋回時の特性と異なるものとしてもよい。これにより、左旋回時の側溝掘りに対して、オーバーロードリリーフ弁３，４の安全手段としての機能をより確実に発揮しつつ本発明の制御を行うことができる。

以上のように本実施の形態によれば、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることを防止することができ、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。また、オーバーロードリリーフ弁３，４の安全手段としての機能を損なうことなく、そのような効果を得ることができる。

本発明の第２の実施の形態を図１１及び図１２を参照しつつ以下に説明する。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータ２に係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図であり、上記第１の実施の形態における図２に相当する図である。この図１１において、上記図２と同様の部分には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、作業フロント１０４がスイングした状態であっても、側溝掘り作業以外の作業ではリリーフ設定圧Ｐの制御を解除するようにしたものである。

図１１において、本実施の形態に係わる旋回制御装置は、上記第１の実施の形態で示した構成に加えて、上部旋回体１０２の旋回角度θ_ＳＥを検出する角度センサ１３（第２角度検出手段）を備え、コントローラ１２Ａは、角度センサ１３からの検出信号と角度センサ１１からの検出信号を入力し、作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷと上部旋回体１０２の旋回角度θ_ＳＥに応じた制御電流Ｉ_Ｃを出力する。

図１２は、本実施の形態におけるコントローラ１２Ａの処理内容を示すフローチャートであり、上記第１の実施の形態における図３に相当する図である。この図１２において、上記図３と同様の部分には同じ符号を付し、説明を省略する。

コントローラ１２Ａは、まず、角度センサ１１（第１角度検出手段）により検出した作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷと、角度センサ１３（第２角度検出手段）により検出した上部旋回体１０２の旋回角度θ_ＳＥを読み込む（ステップ１００Ａ）。

次いで、スイング角度θ_ＳＷと旋回角度θ_ＳＥから偏差θ_ＳＷ−θ_ＳＥの絶対値（以下、｜θ_ＳＷ−θ_ＳＥ｜とする）を計算し、この計算結果を設定値αと比較して大小関係を判定する（ステップ１５０Ａ）。｜θ_ＳＷ−θ_ＳＥ｜≦αのときは、第１の実施の形態におけるステップ２００及びステップ３００と同様に、スイング角度θ_ＳＷを予め設定したリリーフ設定圧補正値マップ（図４）に参照して、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍを計算し、そのリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍと予め設定したリリーフ弁制御圧マップ（図９）及び制御電流マップ（図１０）とに基づいて、リリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍに対応する制御電流Ｉ_Ｃを計算し、この制御電流Ｉ_Ｃを比例電磁減圧弁５に出力する。｜θ_ＳＷ−θ_ＳＥ｜＞αのときは、制御電流Ｉ_Ｃの出力をＯＦＦにする（ステップ４００）。

ここで、設定値αとは、作業フロント１０４が側溝掘り作業を行う姿勢にあるかどうかを判定する判定値であり、作業フロント１０４を下部走行体１０１の前後方向の中心線Ｃに対して平行を保ったままオフセットさせた状態、つまり、側溝掘り作業を行う状態であるとみなせる角度範囲のことである。設定値αは例えば５°である。

以上のように構成した本実施の形態においては、側溝掘り作業を行うときは、｜θ_ＳＷ−θ_ＳＥ｜≦αとなるので、本実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様の機能を果たす。つまり、旋回保持圧Ｐ_Ｓがリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりも大きくなる場合であっても、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧Ｐはリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０よりもリリーフ設定圧補正値Ｐ_ｍ分だけ高い圧力となるので、掘削力が所望の最大掘削力（設計値）以下である限り、旋回保持圧Ｐ_Ｓがオーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧Ｐより高くなることはなく、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることはなく、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。

側溝掘り作業を行わないときは、｜θ_ＳＷ−θ_ＳＥ｜＞αとなるので、コントローラ１２Ａから出力される制御信号Ｉ_ＣはＯＦＦとなる。したがって、比例電磁減圧弁５から出力される制御圧（リリーフ弁制御圧）Ｐ_Ｃは０となり、オーバーロードリリーフ弁３，４に設定されるリリーフ圧（リリーフ設定圧）Ｐはリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０となる。つまり、側溝掘りを行わないときには、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧ＰがＰ_ｓｅｔ０より高くなることはないので、高圧に対する旋回アクチュエータ回路３０の保護という本来の機能を果たし、高圧による機器の損傷を防止することができる。

以上のように本実施の形態においても、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることを防止することができ、側溝を真っ直ぐ掘ることができるとともに、オーバーロードリリーフ弁３，４の安全手段としての機能を損なうことなく、そのような効果を得ることができる。

また、側溝掘り作業を行わないときは、オーバーロードリリーフ弁３，４の本来の機能を果たすことができるので、高圧による機器の損傷を防止することができる。

本発明の第３の実施の形態を図１３及び図１４を参照しつつ以下に説明する。

図１３は、本発明の第３の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータ２に係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図であり、上記第１の実施の形態における図２に相当する図である。この図１１において、上記図２と同様の部分には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、作業フロント１０４が側溝掘りを行う姿勢にあるときであっても、上部旋回体１０２の旋回操作を行うときはただちにリリーフ設定圧Ｐの制御を解除するようにしたものである。

図１３において、本実施の形態に係わる旋回制御装置は、上記第１の実施の形態で示した構成に加えて、操作レバー装置６により生成されたパイロット圧Ｐ_Ｐを取り出すシャトル弁１４と、シャトル弁１４により取り出されたパイロット圧を検出する圧力センサ１５とを備え、コントローラ１２Ｂは、圧力センサ１５からの検出信号と角度センサ１１からの検出信号を入力し、操作レバー装置６により生成されたパイロット圧Ｐ_Ｐと作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷに応じた制御電流Ｉ_Ｃを出力する。

図１４は、本実施の形態におけるコントローラ１２Ｂの処理内容を示すフローチャートであり、上記第１の実施の形態における図３に相当する図である。この図１４において、上記図３と同様の部分には同じ符号を付し、説明を省略する。

コントローラ１２Ｂは、まず、角度センサ１１（第１角度検出手段）により検出した作業フロント１０４のスイング角度θ_ＳＷと、圧力センサ１５により検出したパイロット圧Ｐ_Ｐを読み込む（ステップ１００Ｂ）。

次いで、パイロット圧Ｐ_Ｐと閾値Ｐ_Ｔを比較し（ステップ１５０Ｂ）、Ｐ_Ｐ＜Ｐ_Ｔであれば、第１の実施の形態におけるステップ２００及びステップ３００と同様の処理により制御電流Ｉ_Ｃを計算し、この制御電流Ｉ_Ｃを比例電磁減圧弁５に出力する。また、Ｐ_Ｐ＞Ｐ_Ｔであれば、制御電流Ｉ_Ｃの出力をＯＦＦにする（ステップ４００）。

ここで、閾値Ｐ_Ｔとは、操作レバー装置６が操作されているかどうかを判定する判定値である。

以上のように構成した本実施の形態においては、作業フロント１０４が側溝掘り作業を行う姿勢にあり、かつ旋回操作を行っていないときは、Ｐ_Ｐ＜Ｐ_Ｔとなるので、本実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様の機能を果たし、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることはなく、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。

作業フロント１０４が側溝掘り作業を行う姿勢にあるときであっても、旋回操作を行うと、Ｐ_Ｐ＞Ｐ_Ｔとなるのでコントローラ１２Ｂから出力される制御信号Ｉ_ＣはＯＦＦとなる。したがって、上記第２の実施の形態と同様にオーバーロードリリーフ弁３，４に設定されるリリーフ圧（リリーフ設定圧）Ｐはリリーフ設定圧の初期値Ｐ_ｓｅｔ０となる。その結果、オーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧ＰがＰ_ｓｅｔ０より高くなることはないので、オーバーロードリリーフ弁３，４は本来の機能を果たし、高圧による機器の損傷を防止することができる。

以上のように本実施の形態においても、側溝掘り作業を行う際に、掘削反力Ｆによって上部旋回体１０２が回されることを防止することができ、側溝を真っ直ぐ掘ることができる。また、オーバーロードリリーフ弁３，４の安全手段としての機能を損なうことなく、そのような効果を得ることができる。

また、作業フロント１０４が側溝掘りを行う姿勢にあっても上部旋回体１０２が旋回しているときには、オーバーロードリリーフ弁３，４は本来の機能を果たすことができ、高圧による機器の損傷を防止することができる。

なお、以上の実施の形態においては、１対のオーバーロードリリーフ弁３，４の両方を可変リリーフ弁としたが、上部旋回体１０２を左側に大きく旋回して側溝掘り作業を行う頻度は少ないので、その場合は旋回保持圧を発生するオーバーロードリリーフ弁４を通常のリリーフ弁とし、右旋回（左スイング）したときに旋回保持圧を発生する側のオーバーロードリリーフ弁３のみを可変リリーフ弁としても良い。この場合においても本願発明の所期の目的を実質的に達成することができる。

また、右旋回時（左スイング時）と左旋回時（右スイング時）で図４に実線Ｗで示す同じ特性のリリーフ設定圧補正値マップを用いたが、スイングポスト１０３に初期オフセット角度θ_０があることを考慮し、左旋回時のリリーフ設定圧補正値マップの特性を図４に一点鎖線Ｙで示すように、右旋回時の特性と異なるものとしても良い。

また、本発明の実施の形態としては、上記代２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせ、作業フロント１０４がスイングした状態であっても、側溝掘り作業以外の作業ではリリーフ設定圧Ｐの制御を解除するようにするとともに、作業フロント１０４が側溝掘りを行う姿勢にあるときであっても、上部旋回体１０２の旋回操作を行うときはただちにリリーフ設定圧Ｐの制御を解除するようにしても良い。

また、本発明の実施の形態においては、１対のオーバーロードリリーフ弁３，４のリリーフ設定圧Ｐの初期値Ｐ_ｓｅｔ０をバネ３ａ，４ａで設定し、リリーフ設定圧Ｐの補正値（リリーフ設定圧補正値）Ｐ_ｍをコントローラ１２，１２Ａ，１２Ｂで与えたが、初期値Ｐ_ｓｅｔ０を含むリリーフ設定圧Ｐの全てをコントローラ１２，１２Ａ，１２Ｂで与えても良い。

本発明の第１の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータに係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。 リリーフ設定圧補正値マップにおけるスイング角度とリリーフ設定圧補正値との関係を示す図である。 スイング式油圧ショベルにより側溝掘りを行なうときのスイング角度と旋回角度との関係を示す図である。 （３）式による旋回モーメントとスイング角度の関係を示す図である。 上部旋回体を右方向に旋回させて側溝掘りを行うときのスイング角度とリリーフ弁によって発生する旋回アクチュエータ回路の保持圧（旋回保持圧）との関係を示す図である。 スイング角度とオーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧の関係を示す図である。 オーバーロードリリーフ弁の受圧部に作用するリリーフ弁制御圧とリリーフ設定圧補正値との関係を示す図である。 比例電磁減圧弁に作用する制御電流と比例電磁減圧弁の出力圧であるリリーフ弁制御圧との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータに係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図である。 本発明の第２の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係わる旋回制御装置を備えたスイング式油圧ショベルの油圧駆動システムのうち、旋回モータに係わる部分のみを抽出して示すシステム構成図である。 本発明の第３の実施の形態におけるコントローラの処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
２ 旋回モータ
３，４ オーバーロードリリーフ弁
３ａ，４ａ バネ
３ｂ，４ｂ 受圧室
５ 比例電磁減圧弁（旋回リリーフ圧制御手段）
６ 操作レバー装置
７ 方向切換弁
８，９ チェック弁
１０ メインリリーフ弁
１１ 角度センサ（第１角度検出手段）
１２，１２Ａ，１２Ｂ コントローラ（旋回リリーフ圧制御手段）
１３ 角度センサ（第２角度検出手段）
１４ シャトル弁
１５ 圧力センサ
２０ パイロットポンプ
２２ タンク
１０１ 下部走行体
１０２ 上部走行体
１０３ スイングポスト
１０４ 作業フロント
１０５ トラックフレーム
１０６ ブレード
１０７ 旋回台
１０８ キャノピタイプ運転台
１１２ アーム
１１３ バケット
１１５ ブームシリンダ
１１６ アームシリンダ
１１７ バケットシリンダ
１１８ ブーム
１１９ スイングシリンダ

Claims (5)

1. 下部走行体と、この下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体の前部にスイングポストを介して左右方向にスイング可能に連結された作業フロントと、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動され、前記上部旋回体を旋回させる旋回モータと、前記油圧ポンプから前記旋回モータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、前記方向切換弁と前記旋回モータを接続するアクチュエータ回路に設けられた１対のオーバーロードリリーフ弁と、前記方向切換弁を切換え操作し、前記上部旋回体を操作する操作手段とを備えたスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、
   前記１対のオーバーロードリリーフ弁のうちの少なくとも右旋回時に旋回保持圧を発生する側に設けられたオーバーロードリリーフ弁を可変リリーフ弁として構成するとともに、
   前記作業フロントのスイング角度を検出する第１角度検出手段と、
   前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度に応じて、可変リリーフ弁として構成された前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を制御する旋回リリーフ圧制御手段とを備えることを特徴とするスイング式油圧ショベルの旋回制御装置。
2. 請求項１記載のスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、
   前記上部旋回体の旋回角度を検出する第２角度検出手段を更に備え、
   前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度と、前記第２角度検出手段により検出された前記上部旋回体の旋回角度との角度差が設定値以上になると、前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除することを特徴とするスイング式油圧ショベルの旋回制御装置。
3. 請求項１又は２記載のスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、
   前記上部旋回体の旋回操作を検出する操作検出手段を更に備え、
   前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記操作検出手段が前記旋回操作を検出したときは、前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を可変とする制御を解除することを特徴とするスイング式油圧ショベルの旋回制御装置。
4. 請求項１記載のスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、
   前記オーバーロードリリーフ弁は、リリーフ設定圧の初期値を設定するバネとリリーフ設定圧を可変とする受圧室を有し、
   前記旋回リリーフ圧制御手段は、前記第１角度検出手段により検出された前記作業フロントのスイング角度に応じた制御電流を出力するコントローラと、
   前記制御電流に応じて作動し、前記オーバーロードリリーフ弁の受圧室に制御圧力を出力する比例電磁減圧弁とを有することを特徴とするスイング式油圧ショベルの旋回制御装置。
5. 請求項１記載のスイング式油圧ショベルの旋回制御装置において、
   前記旋回リリーフ制御手段は、側溝掘り作業における所望の最大掘削反力に対応した旋回保持圧が前記リリーフ設定圧の初期値よりも低いスイング角度範囲では前記リリーフ設定圧がその初期値に一致し、前記旋回保持圧が前記リリーフ設定圧の初期値よりも高いスイング角度範囲になると、前記リリーフ設定圧が前記旋回保持圧に一致するように前記オーバーロードリリーフ弁のリリーフ設定圧を制御することを特徴とするスイング式油圧ショベルの旋回制御装置。

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